Черная дыра - что это и что будет, если в нее попасть? - StudentHelp-NN.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Черная дыра – что это и что будет, если в нее попасть?

Черная дыра – что это и что будет, если в нее попасть?

Несмотря на огромные достижения в области физики и астрономии, есть немало явлений, суть которых до конца не раскрыта. К таким явлениям принадлежат загадочные черные дыры, вся информация о которых носит лишь теоретический характер и не может быть проверена практическим путем.

Существуют ли черные дыры?

Еще до появления теории относительности астрономами была высказана теория о существовании черных воронок. После публикации теории Эйнштейна был пересмотрен вопрос гравитации и в проблеме черных дыр появились новые предположения. Увидеть этот космический объект нереально, ведь он поглощает весь свет, попадающий в его пространство. Ученые доказывают наличие черных дыр, опираясь на анализ движения межзвездного газа и траектории передвижений звезд.

Образование черных дыр ведет к изменению вокруг них пространственно-временных характеристик. Время будто сжимается под влиянием огромной гравитации и замедляется. Звезды, оказавшиеся на пути черной воронки, могут уклоняться от своего маршрута и даже менять направление движения. Черные дыры поглощают энергию своей звезды-двойника, чем также проявляют себя.

Как выглядит черная дыра?

Информация, касающаяся черных дыр, по большей части носит гипотетический характер. Ученые изучают их по их воздействию на пространство и излучению. Увидеть черные дыры во вселенной не представляется возможным, ведь они поглощают весь свет, попадающий в близлежащее пространство. Со специальных спутников было сделано рентгеновское изображение черных объектов, на котором виден яркий центр, являющийся источником излучения лучей.

Как образуются черные дыры?

Черная дыра в космосе является отдельным миром, который имеет свои уникальные характеристики и свойства. Свойства космических дыр обусловлены причинами их появления. Относительно появления черных объектов существуют такие теории:

  1. Они являются результатом коллапсов, происходящих в космосе. Это может быть столкновение крупных космических тел или взрыв сверхновых звезд.
  2. Они возникают вследствие утяжеления космических объектов при сохранении их размеров. Причина такого явления не определена.

Черная воронка – это объект в космосе, имеющий относительно небольшой размер при огромной массе. Теория черной дыры говорит, что каждый космический объект потенциально может стать черной воронкой, если в результате каких-то явлений он будет терять свои размеры, но сохранять массу. Ученые даже говорят о существовании множества черных микродыр – миниатюрных космических объектах с относительно большой массой. Такое несоответствие массы и размера приводит к усилению гравитационного поля и появлению сильного притяжения.

Что находится в черной дыре?

Черный таинственный объект можно назвать дырой лишь с большой натяжкой. Центром этого явления является космическое тело, имеющее повышенную гравитацию. Результатом такой гравитации становится сильное притяжение к поверхности этого космического тела. При этом образуется вихревой поток, в котором вращаются газы и крупицы космической пыли. Поэтому черную дыру правильнее называть черной воронкой.

Узнать на практике, что внутри черной дыры, невозможно, потому что уровень гравитации космической воронки не позволяет никакому объекту вырваться из зоны ее влияния. По мнению ученых, внутри черной дыры полная темнота, ведь кванты света исчезают в ней безвозвратно. Предполагается, что внутри черной воронки искажается пространство и время, законы физики и геометрии в этом месте не действуют. Такие особенности черных дыр предположительно могут приводить к образованию антивеществ, которые на данный момент не знакомы ученым.

Чем опасны черные дыры?

Иногда черные дыры описываются как объекты, поглощающие окружающие предметы, излучения и частицы. Такое представление неверно: свойства черной дыры позволяют ей впитывать лишь то, что попадает в зону ее влияния. Она может втягивать в себя космические микрочастицы и излучение, исходящее от звезд-двойников. Даже если планета находится вблизи черной дыры, она не будет поглощена, а продолжит двигаться по своей орбите.

Что будет, если попасть в черную дыру?

Свойства черных дыр зависят от силы гравитационного поля. Черные воронки притягивают к себе все, что попадает в зону их влияния. При этом изменяются пространственно-временные характеристики. Ученые, изучающие все о черных дырах, расходятся во мнении относительного того, что происходит с предметами в этой воронке:

  • одни ученые предполагают, что все предметы, попадающие в эти дыры, растягиваются или разрываются на куски и не успевают достичь поверхности притягивающего объекта;
  • другие же ученые утверждают, что в дырах искривляются все привычные характеристики, поэтому предметы там как бы исчезают во времени и пространстве. По этой причине черные дыры иногда называют воротами в иные миры.

Виды черных дыр

Черные воронки делятся по видам, исходя из способа их образования:

  1. Черные объекты звездных масс зарождаются в конце жизни некоторых звезд. Полное сгорание звезды и окончание термоядерных реакций приводит к сжатию звезды. Если же при этом звезда претерпит гравитационный коллапс, то сможет трансформироваться в черную воронку.
  2. Сверхмассивные черные воронки. Ученые утверждают, что сердцевиной любой галактики является сверхмассивная воронка, образование которой является началом появления новой галактики.
  3. Первичные черные дыры. Сюда могут относиться дыры различной массы, включая микродыры, образовавшиеся из-за расхождений в плотности материи и силе гравитации. Такие дыры – это воронки, образовавшиеся в начале зарождения Вселенной. Сюда же относятся такие объекты, как волосатая черная дыра. Отличаются эти дыры наличием лучей, похожих на волоски. Предполагается, что эти фотоны и гравитоны сохраняют часть информации, попадающей в черную дыру.
  4. Квантовые черные дыры. Появляются как результат ядерных реакций и живут непродолжительное время. Квантовые воронки представляют наибольший интерес, так как их изучение может помочь ответить на вопросы по проблеме черных космических объектов.
  5. Некоторые ученые выделяют такой вид космических объектов, волосатая черная дыра. Отличаются эти дыры наличием лучей, похожих на волоски. Предполагается, что эти фотоны и гравитоны сохраняют часть информации, попадающей в черную дыру.

Ближайшая черная дыра к Земле

Ближайшая черная дыра удалена от Земли на 3000 световых лет. Она называется V616 Monocerotis, или V616 Mon. Ее вес достигает 9-13 масс Солнца. Бинарный партнер этой дыры – звезда в полмассы Солнца. Еще одна относительно близкая к Земле воронка – Cygnus X-1. Она располагается от Земли в 6 тысячах световых лет и весит в 15 раз больше Солнца. Эта черная космическая дыра тоже имеет своего бинарного партнера, движение которого и помогает отследить влияние Cygnus X-1.

Черные дыры – интересные факты

Ученые рассказывают о черных объектах такие интересные факты:

  1. Если брать в расчет, что эти объекты являются центром галактик, то для поиска самой большой воронки следует обнаружить самую крупную галактику. Поэтому самая большая черная дыра во вселенной – воронка, находящаяся в галактике IC 1101 в центре скопления Abell 2029.
  2. Черные объекты на самом деле выглядят как разноцветные. Причина этого кроется в их радиомагнитном излучении.
  3. В середине черной дыры нет постоянных физических или математических законов. Все зависит от массы дыры и ее гравитационного поля.
  4. Черные воронки постепенно испаряются.
  5. Вес черных воронок может доходить до неимоверных размеров. Масса наибольшей черной дыры равняется 30 миллионам масс Солнца.

Что будет, если попасть в черную дыру

Ученые-астрономы, которые открыли черную дыру, имеют предположения о ее свойствах. Если человек попадет в черную дыру, то он подвергнется гравитационному притяжению. Сюжеты об этом можно встретить в фантастических фильмах о космосе. Исследователи утверждают, что и Землю поглотит безразмерная мгла. Космические дыры блуждают по просторам космоса и уничтожают даже целые галактики.

В конце статьи мы приготовили сюрприз 🎁 – увлекательный тест для проверки твоей внимательности

Что говорит астрофизика о черной дыре

10 апреля 2019 года впервые был сфотографирован этот загадочный объект, существование которого ранее подтверждали только математические расчеты. Она выглядит как огненная плазма в виде круга. Несмотря на то, что фото показывает четкие границы, черная дыра безразмерна и нематериальна. Огненные ворота − это портал входа в бесконечное пространство, они видны благодаря оптическому фокусу.

Астрофизики говорят, что черная дыра − это энергия, оставшаяся после взрыва звезды. Все горящие светила на небе заканчивают свое существование, становясь сгустком пространства. Поверхность этого субстрата называется горизонтом событий. Это не физические стенки, а условное обозначение протяженности от центрального вектора.

Главным и отличительным свойством черной дыры является абсолютное поглощение физических тел и света. Ничто не может вернуться назад из этого измерения, где время трансформируется и идет в обратную сторону. Это связано с наличием высокой гравитации внутри темного объекта.

Однако не совсем правильно присваивать дыре цвет. Первое ее название − «коллапсар» и никто тогда не считал ее черной. У нее не может быть цвета, хотя бы потому, что у нее нет физической оболочки. Единственное что возможно видеть, это свет который она притягивает от звезд.

И, с другой стороны, космос наполнен черным цветом среди которого не видно коллапсар. Исходя из этого, журналисты назвали новое открытие «черной дырой», а астрофизик Джон Уиллер употребил понятие в своей научной работе. Название прижилось и стало использоваться в современных теориях о космосе.

Состояние внутри и снаружи дыры

Содержание внутреннего пространства зависит от вида коллапсара. Черные дыры разделяют на сферические и сфероидальные. Первые практически не вращаются, а другие наоборот имеют внутреннее крутящиеся движение. Скорость колебаний внутри различается, начинаясь от мелких оборотов и заканчиваясь сверхбыстрыми порывами.

О состоянии поглощения энергии можно сказать, что она:

  • Безразмерная;
  • Бесконечная;
  • Сингулярная;
  • Неосязаемая;
  • Бесцветная;
  • Движущаяся.

Энергия черной дыры не подчиняется законам физики. Внутри нее постоянно происходит искривление пространства и времени. Вещи в черной дыре не существуют в своем физическом смысле. Достаточно сложно объяснить нематериальность и бесконечность, т.к. для современной квантовой физики это понятия неисчисляемые. Поэтому всякий раз, ученые допускают ошибки в математических вычислениях темной энергии, оперируя только известными понятиями.

Общая теория относительности утверждает, что внутри происходит бесконечная кривизна пространства. При этом сами дыры тоже проявляют активность, быстро или медленно втягивая объекты. В нашей галактике она находится в центре и называется Стрелец А. Ее пытались сфотографировать, но не смогли. Тело имеет небольшой горизонт событий, поэтому взрывные процессы происходят в течение одного земного часа. Для длительного фокуса фототехники − это невозможная задача.

Что происходит внутри

До сих пор космонавты не смогли приблизиться к черной дыре близко. И даже, если бы это случилось, им не удалось бы вернуться и рассказать о своем опыте. Поэтому говорить о том, что будет если попасть в черную дыру можно только, основываясь на теоретических предположениях.

Известно, что внутри происходит постоянное искривление пространства. Поэтому если попасть туда человеку, предмету или даже световому лучу, они станут распадаться на мельчайшие частицы. Постепенное разложение на молекулы будет происходить бесконечно, пока микрочастицы не превратятся в одну общую энергию.

При этом космическая хищница работает по принципу не наполняемости − чем больше она всасывает в себя тел, тем шире становится. А значит внутренняя условная полость растет и способна с большей мощностью вмещать миллионы солнц, звезд и планет.

Здесь возникает закономерный вопрос о том, что будет, если встретятся две черных дыры. Для такой ситуации должно случится одно редкое событие, чтобы две звезды возникли рядом одновременно и, пройдя весь эволюционный путь, были готовы взорваться. Их энергии трансформируются в коллапсары, которые сольются вместе. Мощность такого явления будет гораздо выше и больше, чем от одиночной умершей звезды. Важно отметить, что на воплощение этого процесса ушло бы несколько миллиардов земных лет.

Заключение

Чтобы упасть или прыгнуть в черные ворота, нужно находиться с ними на близкой дистанции. Это невозможно, т.к. уникальное физическое явление находится на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. В космосе обнаружено бесчисленное количество дыр, которые способны поглощать газ и материю. Из них не более десяти состоят из двух взорвавшихся звезд. Это означает, что материала для изучения коллапсаров и новых открытий для ученых предостаточно.

10 жутких предположений о том, что случится, если вы попадете в черную дыру

Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. К сожалению, наш текущий уровень развития технологий не позволяет нам ответить на многие вопросы, связанные с их природой. Поэтому о многих аспектах связанных с этими объектами нам приходится только догадываться. Например, один и самых интересных вопросов, связанных с черными дырами звучит так: что будет, если в нее упасть?

Читайте также:  Психические свойства личности

Клонирование

Информационный парадокс черных дыр ставит в тупик ученых не один десяток лет. Эта загадка породила бесчисленное количество споров на тему того, что же на самом деле произойдет, как только вы попадете в черную дыру. Чтобы было проще понять этот парадокс, разберем пример с гипотетической Люси. Летите вы себе такой с Люси в черную дыру, и в последнюю секунду она решает туда не попадать. Они решила остаться в стороне и понаблюдать за тем, что с вами будет дальше. Люси видит, что с приближением к черной дыре ваше тело начинает медленно растягиваться, и в конце концов расщепляется на атомы. Она думает, что вы погибли, и благодарит судьбу за то, что не послушала вас и не отправилась вслед.

Но, подождите. Ведь история заканчивается совсем не так. На самом деле, вы остаетесь живы и продолжите все глубже и глубже погружаться в бесконечность черной дыры. Что произойдет с вам дальше — не суть нашего вопроса. Самое интересное заключается в том, что вы выживите, хотя Люси видела, как вы погибли.

Как такое возможно? Это пример информационного парадокса черных дыр. Это не иллюзия, а Люси не потеряла рассудок. Это то, что действительно возможно. По крайней мере в теории. Черна дыра — это место, в котором известные нам законы физики не работают. Согласно одному из предположений, когда вы будете входить в черную дыру, реальность для вас и Люси будет разделена на две части.

Спагеттификация

Согласно другой гипотезе, как только вы пересечете границу горизонта событий черной дыры, то начнете испытывать мощное растяжение под воздействием силы гравитации. При падении в центр черной дыры на ваше тело будут воздействовать силы, которые в конечном итоге вас разорвут на мелкие кусочки (скорее, даже частицы).

Более того, если вы будете падать в черную дыру сначала головой, то она настолько отдалится от вашего тела, что вы начнете выглядеть как спагетти. Суть заключается в разности ускорения при падении из-за гравитации, которая будет воздействовать на вашу голову и ноги. Эта разница настолько большой, что вы вытянетесь как спагетти или лапша. Из-за этого даже появился термин спагеттификация.

Искажение света, пространства и времени

Первое, что заметит любой, перед тем как попадет в горизонт событий черной дыры, будет то, насколько другими станут свет, пространство и время. Как только вы попадете внутрь, известные законы физики перестанут для вас существовать, а в силу вступят совсем иные силы.

Бесконечный уровень гравитации, который производит сингулярность, находящаяся в центре черной дыры, способна искривлять пространство, пускать время вспять и изменять до неузнаваемости свет. Из-за этого ваше восприятие того, что сейчас происходит, будет полностью отличаться о того, что происходило до того момента, как вы попали в горизонт событий. Конечно же, длиться это будет ровно до того момента, пока вы полностью не будете поглощены бесконечной тьмой и уже не будете в состоянии вообще что-либо воспринимать.

Путешествие во времени

Величайшие физики, такие как Эйнштейн и Хокинг, теоретизировали в свое время на тему того, что путешествие в будущее будет возможно благодаря использованию внутренних законов черных дыр. Как указывалось ранее, обычные законы физики внутри черной дыры перестают действовать, и на главную роль выходят совершенно иные. Одна из вещей, которая отличает черные дыры от нашего мира — то, как в них протекает время.

Гравитация внутри черной дыры настолько мощная, что способна искривлять не только пространство, но и время. Учитывая это, можно предположить, что искривление времени открывает возможность путешествия в нем. Если мы научимся использовать столь разительные отличия между пространством внутри и снаружи горизонта событий, то, вполне возможно, за счет гравитационного замедления времени мы сможем отправиться в будущее, где вы по-прежнему останетесь молоды, в то время как ваши друзья уже состарятся.

Конечно же, не стоит забывать, что мы пока не придумали не то что способа путешествия через черные дыры, мы даже не знаем, как до них добраться и, что более важно, пережить все это.

С вами ничего не произойдет

Если у нас однажды появится выбор, через какую черную дыру совершить путешествие, то, вероятнее всего, стоит выбрать какую-нибудь сверхмассивную черную дыру или черную дыру Керра.

Если мы когда-нибудь сможем добраться до черной дыры, расположенной в центре нашей галактики, которая находится примерно в 25 000 световых годах от нас и примерно в 4,3 миллиона раз массивнее нашего Солнца, то, возможно, мы сможем совершенно безопасно для нашего здоровья через нее пройти. Концепция этой идеи заключается в том, что гравитационные силы дыры, воздействующие на того, кто в нее захочет попасть, будут совсем незначительными ввиду того, что горизонт событий расположен гораздо дальше от центра черной дыры. Таким образом вы сможете остаться живым внутри горизонта событий и умрете только от голода и обезвоживания, а, возможно, и от того, что попадете наконец в сингулярность. Здесь можно делать ставки, что произойдет раньше, потому что более точного ответа пока нет.

Более того, теоретически имеется возможность остаться в живых и прожить оставшуюся жизнь внутри черной дыры Керра, являющейся совершенно уникальным типом черных дыр, теория о которых впервые была предложена в 1963 году новозеландским математиком и астрофизиком Ройем Керром. Тогда он предположил, что если черные дыры образуются из умирающих двоичных нейтронных звезд, то внутрь такой черной дыры можно будет попасть совершенно целым и невредимым, так как центробежная сила будет препятствовать возникновению сингулярности в ее центре. Отсутствие сингулярности в центре черной дыры, в свою очередь, будет означать, что вам не нужно будет бояться бесконечных гравитационных сил и вы сможете выжить.

Согласно Эйнштейну, до самого конца вы не поймете, что происходит

Эйнштейн предположил, что если добиться определенного уровня свободного падения, то можно отменить воздействие (или даже скорее восприятие) сил гравитации. Это означает, что если человек при свободном падении перестанет ощущать свой собственный вес, любая вещь, которая будет брошена в черную дыру вместе с ним, не будет казаться падающей. Скорее будет казаться, что она будет парить.

Эйнштейн развил эту идею и на ее основе вывел всемирно известную общую теорию относительности, его, пожалуй, самую удачную мысль. И возможно, это будет самой счастливой мыслью и для вас, если вы попадете в черную дыру. Даже если вы будете падать в бог его знает что, вы все равно не сможете понять, что вы именно падаете, до тех пор пока не попадете в сингулярность. Однако если в этот момент кто-то за вами сможет наблюдать со стороны, то они определенно будут видеть, что вы именно падаете. Все это связанно с восприятием. Чтобы вас ни окружало, оно будет падать относительно вас (и в результате вы не сможете понять, что падаете), в то время как для всех тех, кто будет за вами следить, это будет не так.

Белая дыра

Известно, что черные дыры в конечном итоге поглощают абсолютно все, что попадает в их горизонт событий. Даже свет не может избежать трагичной участи. Менее же известно то, что происходит со всеми этими обреченными частицами дальше. Согласно одной из теорий, все, что попадает в черную дыру с одного конца, выбирается наружу с другого конца. И этим вторым концом является так называемая белая дыра.

Конечно же, никто до сих пор никаких белых дыр не видел (да и черных тоже, откровенно говоря. Мы знаем об их существовании лишь благодаря их мощному гравитационному воздействию), поэтому никто с уверенностью не может сказать, белые ли они на самом деле. Однако причиной, по которой их так называют, является то, что белые дыры представляют собой полную противоположность тому, чем являются черные дыры. Вместо поглощения всего вокруг, они, наоборот, выплевывают все то, что находится внутри них. И как и в случае с черной дырой, от которой убежать не получится, попади вы в ее горизонт событий, так и с белой дырой все то же самое. Только наоборот: попасть вы в нее не сможете.

Если кратко: белая дыра выплевывает все то, что было поглощено черной дырой, в альтернативную Вселенную. Эта теория в некоторой степени заставила физиков задуматься о возможности того, что белые дыры являются основой создания нашей Вселенной такой, какой мы ее знаем. И если вы когда-нибудь попадете в черную дыру и каким-то образом выживете и сможете выйти с другой стороны через белую дыру в альтернативной Вселенной, то обратно в нашу Вселенную вы уже вернуться никогда не сможете.

Будете следить за историей развития Вселенной

Как уже упоминалось ранее, есть вероятность наличия черных дыр без сингулярности в их центре. Вместо этого в центре будет находиться так называемая кротовая нора. Если мы найдем способ путешествия через кротовую нору, то, скорее всего, станем свидетелем истории эволюции Вселенной, за которым можно будет наблюдать на всем протяжении к тому, что бы ни находилось на другом конце кротовой норы. Будет это выглядеть так, как если бы кто-то запустил видеоролик с историей Вселенной в бесконечно быстрой перемотке.

К сожалению, история эта будет иметь все же плохой конец. Чем быстрее станет двигаться картинка, тем быстрее вы будете приближаться к своей смерти. Свет будет становиться все более и более синесмещенным и заряженным до тех пор, пока полностью вас не зажарит заживо своим излучением.

Путешествие в параллельную Вселенную

Если однажды попадете в черную дыру, осознанно ли или случайно, то первое, что нужно сделать, постараться оглядеться. Может быть, вы таким образом сможете найти выход, кто знает. Даже если окажется, что вернуться в ту Вселенную, откуда вы прибыли, уже не получится, то оказаться в параллельной Вселенной может оказаться не таким уж и плохим концом вашего путешествия.

Физики теоретизируют о том, что как только вы достигнете сингулярности черной дыры, она может послужить для вас своего рода мостом между этой и альтернативной реальностью, или так называемой «параллельной Вселенной». Что происходит в этой новой Вселенной — остается загадкой и полем для нашего воображения. Некоторые теории даже предполагают, что существует бесконечное число альтернативных Вселенных, в каждой из которых имеется равное число совершенно разных «вас».

Никогда не задумывались о сделанных в вашей жизни выборах? Что было бы, если бы вы устроились не на эту, а на ту работу, познакомились с той девчонкой или парнем, вместо того чтобы просиживать каждый день за компьютером? Стали бы вы богаче или беднее, если бы не сделали или не сделали то, что вас однажды попросили? Так вот, в альтернативной Вселенной у вас появится шанс это выяснить.

Вы станете частью Вселенной

Хокинг когда-то предположил, что определенные частицы, попадающие в черную дыру, проходят своего рода процесс фильтрации на положительно заряженные и отрицательно заряженные. Частицы эти очень медленно поглощаются черной дырой. С погружением в нее отрицательно заряженные частицы теряют свою массу. Положительно же заряженные частицы обладают достаточной энергией для того, чтобы оставаться снаружи черной дыры в качестве излучения.

Согласно Хокингу, черные дыры медленно, но верно теряют свою массу и становятся горячее. В конце концов они взрываются и разбрасывают свое содержимое, называемое излучением Хокинга, обратно во Вселенную. Это, по крайней мере в теории, означает то, что вы сможете стать частью Вселенной, как Феникс, возродившийся из атомного пепла.

Бонус: Вы просто… умрете

Иногда мы очень любим игнорировать самые очевидные и страшные последствия того или иного события, будучи ослепленными вероятностью более радостных стечений обстоятельств.

Читайте также:  Польза зеленого чая для мужчин

Как бы по-садистски это ни звучало, наиболее вероятным результатом вашего падения в черную дыру станет то, что еще до того момента, как вы просто сможете понять свое присутствие внутри нее, от вас не останется даже праха. У вас даже не будет времени, чтобы понять то, что вы стали свидетелем того, о чем физики говорят как о ключе к пониманию загадок Вселенной.

Куда ведут чёрные дыры?

Представьте, что вы вот-вот нырнёте в чёрную дыру. Что будет ожидать там, если вы, вопреки всему, выживете? Куда попадёте и какие удивительные истории сможете поведать, если найдёте дорогу назад?

Самый простой ответ на все эти вопросы даёт профессор Ричард Мэсси: “Это никому неизвестно”. Являясь научным сотрудником Королевского Исследовательского Общества при Институте космологических вычислений Даремского университета, Мэсси ясно осознаёт тот факт, что тайны чёрных дыр имеют очень глубокий характер. По его словам, “пройти через горизонт событий – это всё равно, что скрыться за вуалью; никто и никогда не сможет отправить какое-либо сообщение наружу. Попавший внутрь объект был бы раздавлен гравитацией чудовищной силы, так что я сильно сомневаюсь в том, что таким способом можно куда-либо попасть”.

Если такой ответ вас разочаровывает, то это не удивительно. Когда Альберт Эйнштейн разрабатывал свою общую теорию относительности, он предсказал особую связь пространства-времени с действием гравитационных сил чёрных дыр, а теперь известно и то, что эти космические аномалии появляются в результате смерти массивных звёзд, от которых остаётся лишь маленькое ядро высокой плотности.

Масса этого ядра по самым грубым расчётам превышает массу Солнца минимум в три раза, а сила гравитации достигает настолько высоких значений, что такое тело будет сжиматься в одну точку пространства (сингулярность), пока не станет ядром чёрной дыры бесконечной плотности. Таким образом, внутри чёрной дыры невозможна никакая жизнь, и даже свет не способен сопротивляться притяжению гравитационного поля. Так что, случись вам оказаться у горизонта событий (этот термин предложил немецкий астроном Карл Шварцшильд для обозначения границы чёрной дыры, после которой свет и материя могут двигаться только внутрь, но не наружу) – выхода больше нет. По словам Мэсси, приливные силы гравитационного поля превратят ваше тело в нити из атомов (этот эффект называется “спагеттификацией”), пока сингулярность не расщепит его полностью. Сама идея о том, что после такого можно куда-нибудь выскочить – включая “другую сторону” – кажется чрезвычайно фантастичной.

А как же червоточины?

Или не кажется? Многие годы учёные рассматривают вероятность того, что чёрные дыры могут являться червоточинами в другие галактики. Они могут быть даже – как некоторые предполагают – дверью в другую Вселенную.

Эта идея некоторое время витает в научных кругах: ещё в 1935 году Эйнштейн объединился с Натаном Розеном для того, чтобы вывести теорию о “мостах” между двумя разными точками пространства-времени. Новый виток обсуждений пришёлся на 1980 год, когда физик Кип Торн – один из главных мировых экспертов по общей теории относительности – поднял дискуссию о возможности физического перемещения объектов по таким “мостам”.

Мэсси признаётся: “будучи ребёнком, я вдохновился на изучение физики именно после прочтения научно-популярной книги Торна о червоточинах. Но сейчас мне не кажется, что они существуют”.

Сам Торн (который, кстати, консультировал режиссёрскую команду фильма “Интерстеллар”), пишет в своей новой книге: “сейчас мы не наблюдаем во Вселенной объекты, которые могли бы являться червоточинами”. В своём интервью для SpaceCom он заявил, что путешествия через такие гипотетические туннели скорее всего останутся научной фантастикой. Твёрдых доказательств того, что чёрные дыры могут для этого сгодиться, на данный момент нет.

Проблема в том, что мы не можем подобраться поближе и выяснить всё наверняка. Мы даже не можем сфотографировать то, что происходит внутри такого тела: так как весь свет вокруг поглощается центром дыры, то камера запечатлеет только черноту. На данный момент считается, что любой объект, пересёкший горизонт событий, просто становится частью чёрной дыры. А поскольку время искажается при приближении к этой границе, все события здесь будут происходить крайне медленно, из-за чего ответы мы получим ну очень нескоро.

“Я думаю, что попавшие в чёрную дыру объекты будут двигаться к концу времён”, – заявляет Дуглас Финкбейнер, профессор астрономии и физики Гарвардского Университета. “Наблюдающий издалека астронавт не увидит, как его коллега провалится внутрь, тот лишь будет становиться всё более красным и тусклым из-за так называемого гравитационного красного смещения. Но с позиции провалившегося, он будет падать прямо к центру, в место за гранью “вечности”. Что бы это ни значило”.

Чёрная дыра может вести к белой дыре

Определенно, если чёрная дыра ведёт в другую часть галактики или другую Вселенную, то там, на другой стороне, должен быть противоположный объект. Может быть, это белая дыра? Такую теорию выдвинул в 1964 году русский космолог Игорь Новиков. Он предположил, что чёрная дыра связана с белой, которая существует в прошлом. В отличие от чёрной, белая испускает свет и материю, но не позволяет им попасть внутрь.

Вместо уничтожения поглощённой информации, схлопнувшаяся чёрная дыра начнёт колебаться, произойдёт мощный квантовый скачок. В этом случае становится обоснованным предположение физика-теоретика Стивена Хокинга, сделанное им в 1970 году. Он говорил о вероятности того, что причиной термального излучения чёрной дыры (т.е. излучения частиц и радиации) является квантовая нестабильность.

Художественная концепция червоточины. Если червоточины существуют, то они могут привести нас в другую Вселенную. Но нет никаких доказательств того, что червоточины реальны. Авторы и права: Shutterstock.

Хокинг заявил, что чёрные дыры не могу существовать вечно. По его расчётам получается, что излучение радиации приводит к потере энергии, а затем к сжатию и смерти космического тела, а вся информация, которая к этому времени окажется поглощена исчезнет.

Это заявление вступает в противоречие с квантовой теорией, которая гласит, что информация не может быть уничтожена.

Идея Хокинга привела к “информационному парадоксу чёрной дыры” и долгое время ломала головы учёных. Некоторые считали, что Хокинг попросту не прав – Стивен и сам в 2004 году заявил о допущенной ошибке.

И что же, нам стоит вернуться к концепции чёрной дыры, которая выпускает поглощённую информацию через белую? Возможно. В 2013 году в журнале Physical Review Letters были опубликованы результаты исследования Джорджа Пуллина и Рудольфа Гамбини. Они применили петлевую квантовую гравитацию к чёрной дыре и обнаружили, что сила гравитации увеличивается до определённого момента приближения к ядру, но затем становится слабее и вышвыривает объект в другой регион Вселенной. Это исследование подтверждает идею о том, что чёрные дыры служат порталами, сингулярности внутри нет и затянутые объекты не уничтожаются. Информация не исчезает.

Может, чёрные дыры ведут в никуда?

Однако, физики Ахмед Альмхейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли уверены, что Хокинг в чём-то был прав. Они разработали гипотезу огненной стены внутри чёрной дыры. По их расчётам, квантовые механизмы, вероятно, могут преобразовывать горизонт событий в гигантскую стену огня, из-за чего любой попавший туда объект мгновенно сгорит. С этой точки зрения, чёрные дыры ведут в никуда, ведь ничего не может проникнуть внутрь.

Эта теория, однако, противоречит общей теории относительности Эйнштейна, ведь, согласно ей, попавший в чёрную дыру объект не должен сталкиваться с препятствиями какого угодно рода – он лишь будет подвержен свободному падению к центру космического тела. К тому же, идея огненной стены противоречит и теории квантового поля, ведь допускает вероятность полного уничтожения информации.

Событие приливного разрушения происходит, когда звезда приближается достаточно близко к горизонту событий сверхмассивной чёрной дыры. Авторы и права: All About Space.

Чёрная дыра неопределенности

Вернёмся к Стивену Хокингу. В 2014 году он опубликовал исследование, в котором предложил отказаться от термина “горизонт событий”. По его мнению, гравитационный коллапс приводит к образованию другого явления, которое он назвал “видимым горизонтом”.

Этот горизонт на “определённый временной период” задерживает лучи света и материю внутри, расщепляет и смешивает их, а затем выпускает обратно. Такое объяснение хорошо ложится на квантовую теорию, ведь информация сохраняется, а не уничтожается. Таким образом, любой попавший внутрь объект со временем может выбраться из чёрной дыры. Хокинг пошёл дальше и поставил под сомнение сам факт существования чёрных дыр, написав: “чёрные дыры следует переименовать в объекты метастабильной связи гравитационного поля. Вероятно, что сингулярности нет, а видимый горизонт, который будет сжиматься внутрь под действием гравитационных сил, никогда не достигнет центра объекта и будет консолидирован в плотную массу”.

В этом случае, выпущенные объекты будут иметь совершенно иную форму от той, в которой находились при поглощении. Вряд ли удастся, глядя на выпущенный объект, точно определить, чем он являлся ранее. Что, разумеется, будет не очень приятной новостью для, скажем, попавших внутрь астронавтов.

Одно известно наверняка: эта загадка будет занимать умы учёных ещё очень долгое время. Ровелли и Франческа Видотто недавно предположили, что компоненты тёмной материи могут быть сформированы из останков испарившихся чёрных дыр, а в опубликованных в 2018 году записях Хокинга “О чёрных дырах и мягких волосах” он объясняет, как частицы нулевой энергии сохраняются около точки невозврата, горизонта событий, вместо того, чтобы исчезнуть. Многие физики сейчас изучают чёрные дыры с позиции физики элементарных частиц и в этой области уже появились смелые теории. Учёные активно обсуждают эти идеи, но потребуется ещё немало времени для того, чтобы точно заявить, куда же ведут чёрные дыры. Если бы только мы могли запрыгнуть хотя бы в одну их них…

Перевод: Дмитрий Гришин (специально для ресурса UniverseTodayRu).

Что с вами произойдет внутри черной дыры?

Поделиться сообщением в

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

    Внешние ссылки откроются в отдельном окне

    Возможно, вы думаете, что человека, попавшего в черную дыру, ждет мгновенная смерть. В действительности же его судьба может оказаться намного более удивительной, рассказывает корреспондент BBC Earth.

    Что произойдет с вами, если вы попадете внутрь черной дыры? Может быть, вы думаете, что вас раздавит – или, наоборот, разорвет на клочки? Но в действительности все гораздо страннее.

    В тот момент, когда вы попадете в черную дыру, реальность разделится надвое. В одной реальности вас мгновенно испепелит, в другой же – вы нырнете вглубь черной дыры живым и невредимым.

    Внутри черной дыры не действуют привычные нам законы физики. Согласно Альберту Эйнштейну, гравитация искривляет пространство. Таким образом, при наличии объекта достаточной плотности пространственно-временной континуум вокруг него может деформироваться настолько, что в самой реальности образуется прореха.

    Массивная звезда, израсходовавшая все топливо, может превратиться именно в тот тип сверхплотной материи, который необходим для возникновения подобного искривленного участка Вселенной. Звезда, схлопывающаяся под собственной тяжестью, увлекает за собой пространственно-временной континуум вокруг нее. Гравитационное поле становится настолько сильным, что даже свет больше не может из него вырваться. В результате область, в которой ранее находилась звезда, становится абсолютно черной – это и есть черная дыра.

    Внешняя поверхность черной дыры называется горизонтом событий. Это сферическая граница, на которой достигается баланс между силой гравитационного поля и усилиями света, пытающегося покинуть черную дыру. Если пересечь горизонт событий, вырваться будет уже невозможно.

    Горизонт событий лучится энергией. Благодаря квантовым эффектам, на нем возникают потоки горячих частиц, излучаемых во Вселенную. Это явление называется излучением Хокинга – в честь описавшего его британского физика-теоретика Стивена Хокинга. Несмотря на то, что материя не может вырваться за пределы горизонта событий, черная дыра, тем не менее, “испаряется” – со временем она окончательно потеряет свою массу и исчезнет.

    По мере продвижения вглубь черной дыры пространство-время продолжает искривляться и в центре становится бесконечно искривленным. Эта точка известна как гравитационная сингулярность. Пространство и время в ней перестают иметь какое-либо значение, а все известные нам законы физики, для описания которых необходимы эти два понятия, больше не действуют.

    Читайте также:  Как вернуть зрение?

    Никто не знает, что именно ждет человека, попавшего в центр черной дыры. Иная вселенная? Забвение? Задняя стенка книжного шкафа, как в американском научно-фантастическом фильме “Интерстеллар”? Это загадка.

    Давайте порассуждаем – на вашем примере – о том, что произойдет, если случайно попасть в черную дыру. Компанию в этом эксперименте вам составит внешний наблюдатель – назовем его Анной. Итак, Анна, находящаяся на безопасном расстоянии, в ужасе наблюдает за тем, как вы приближаетесь к границе черной дыры. С ее точки зрения события будут развиваться весьма странным образом.

    По мере вашего приближения к горизонту событий Анна будет видеть, как вы вытягиваетесь в длину и сужаетесь в ширину, будто она рассматривает вас в гигантскую лупу. Кроме того, чем ближе вы будете подлетать к горизонту событий, тем больше Анне будет казаться, что ваша скорость падает.

    Вы не сможете докричаться до Анны (поскольку в безвоздушном пространстве звук не передается), но можете попытаться подать ей знак азбукой Морзе при помощи фонарика в вашем iPhone. Однако ваши сигналы будут достигать ее со все возрастающими интервалами, а частота света, испускаемого фонариком, будет смещаться в сторону красного (длинноволнового) участка спектра. Вот как это будет выглядеть: “Порядок, п о р я д о к, п о р я…”.

    Когда вы достигнете горизонта событий, то, с точки зрения Анны, замрете на месте, как если бы кто-то поставил воспроизведение на паузу. Вы останетесь в неподвижности, растянутым по поверхности горизонта событий, и вас начнет охватывать все возрастающий жар.

    С точки зрения Анны, вас будут медленно убивать растяжение пространства, остановка времени и жар излучения Хокинга. Прежде чем вы пересечете горизонт событий и углубитесь в недра черной дыры, от вас останется один пепел.

    Но не спешите заказывать панихиду – давайте на время забудем об Анне и посмотрим на эту ужасную сцену с вашей точки зрения. А с вашей точки зрения будет происходить нечто еще более странное, то есть ровным счетом ничего особенного.

    Вы летите прямиком в одну из самых зловещих точек Вселенной, не испытывая при этом ни малейшей тряски – не говоря уже о растяжении пространства, замедлении времени или жаре излучения. Все потому, что вы находитесь в состоянии свободного падения и поэтому не чувствуете своего веса – именно это Эйнштейн назвал “самой удачной идеей” своей жизни.

    Действительно, горизонт событий – это не кирпичная стена в космосе, а явление, обусловленное точкой зрения наблюдающего. Наблюдатель, остающийся снаружи черной дыры, не может заглянуть внутрь сквозь горизонт событий, но это его проблема, а не ваша. С вашей точки зрения никакого горизонта не существует.

    Если бы размеры нашей черной дыры были меньше, вы и правда столкнулись бы с проблемой – гравитация действовала бы на ваше тело неравномерно, и вас вытянуло бы в макаронину. Но, по счастью для вас, данная черная дыра велика – она в миллионы раз массивнее Солнца, так что гравитационная сила достаточно слаба, чтобы можно было ею пренебречь.

    Внутри достаточно крупной черной дыры вы даже сможете вполне нормально прожить остаток жизни, пока не умрете в гравитационной сингулярности.

    Вы можете спросить, насколько нормальной может быть жизнь человека, помимо воли увлекаемого к дыре в пространственно-временном континууме без шанса на то, чтобы когда-нибудь выбраться наружу?

    Но если вдуматься, нам всем знакомо это ощущение – только применительно ко времени, а не к пространству. Время идет только вперед и никогда вспять, и оно действительно влечет нас за собою помимо нашей воли, не оставляя нам шанса на возвращение в прошлое.

    Это не просто аналогия. Черные дыры искривляют пространственно-временной континуум до такой степени, что внутри горизонта событий время и пространство меняются местами. В каком-то смысле вас влечет к сингулярности не пространство, а время. Вы не можете вернуться назад и выбраться из черной дыры – точно так же, как никто из нас не способен на путешествие в прошлое.

    Возможно, теперь вы задаетесь вопросом, что же не так с Анной. Вы летите себе в пустом пространстве черной дыры и с вами все в порядке, а она оплакивает вашу гибель, утверждая, что вас испепелило излучение Хокинга с внешней стороны горизонта событий. Уж не галлюцинирует ли она?

    В действительности утверждение Анны совершенно справедливо. С ее точки зрения, вас действительно поджарило на горизонте событий. И это не иллюзия. Анна может даже собрать ваш пепел и отослать его вашим родным.

    Дело в том, что, в соответствии с законами квантовой физики, с точки зрения Анны вы не можете пересечь горизонт событий и должны остаться с внешней стороны черной дыры, поскольку информация никогда не теряется безвозвратно. Каждый бит информации, отвечающий за ваше существование, обязан оставаться на внешней поверхности горизонта событий – иначе с точки зрения Анны, будут нарушены законы физики.

    С другой стороны, законы физики также требуют, чтобы вы пролетели сквозь горизонт событий живыми и невредимыми, не повстречав на своем пути ни горячих частиц, ни каких-либо иных необычных явлений. В противном случае будет нарушена общая теория относительности.

    Итак, законы физики хотят, чтобы вы одновременно находились снаружи черной дыры (в виде горстки пепла) и внутри нее (в целости и сохранности). И еще один немаловажный момент: согласно общим принципам квантовой механики, информацию нельзя клонировать. Вам нужно находиться в двух местах одновременно, но при этом лишь в одном экземпляре.

    Такое парадоксальное явление физики называют термином “исчезновение информации в черной дыре”. По счастью, в 1990-х гг. ученым удалось этот парадокс разрешить.

    Американский физик Леонард Зюсскинд понял, что никакого парадокса на самом деле нет, поскольку никто не увидит вашего клонирования. Анна будет наблюдать за одним вашим экземпляром, а вы – за другим. Вы с Анной никогда больше не встретитесь и не сможете сравнить наблюдения. А третьего наблюдателя, который мог бы наблюдать за вами как снаружи, так и изнутри черной дыры одновременно, не существует. Таким образом, законы физики не нарушаются.

    Разве что вы захотите узнать, какой из ваших экземпляров реален, а какой нет. Живы вы в действительности или умерли?

    Дело в том, что никакого “в действительности” нет. Реальность зависит от наблюдателя. Существует “в действительности” с точки зрения Анны и “в действительности” с вашей точки зрения. Вот и всё.

    Почти всё. Летом 2012 г. физики Ахмед Альмхеири, Дональд Маролф, Джо Полчински и Джеймс Салли, коллективно известные под английской аббревиатурой из первых букв своих фамилий как AMPS, предложили мысленный эксперимент, который грозил перевернуть наше представление о черных дырах.

    По словам ученых, разрешение противоречия, предложенное Зюсскиндом, основывается на том, что разногласие в оценке происходящего между вами и Анной опосредовано горизонтом событий. Неважно, действительно ли Анна видела, как один из двух ваших экземпляров погиб в огне излучения Хокинга, поскольку горизонт событий не давал ей увидеть ваш второй экземпляр, улетающей вглубь черной дыры.

    Но что, если бы у Анны имелся способ узнать, что происходит по ту сторону горизонта событий, не пересекая его?

    Общая теория относительности говорит нам, что это невозможно, но квантовая механика слегка размывает жесткие правила. Анна могла бы одним глазком заглянуть за горизонт событий при помощи того, что Эйнштейн называл “жутким дальнодействием”.

    Речь идет о квантовой запутанности – явлении, при котором квантовые состояния двух или более частиц, разделенных пространством, загадочным образом оказываются взаимозависимыми. Эти частицы теперь формируют единое и неделимое целое, а информация, необходимая для описания этого целого, заключена не в той или иной частице, а во взаимосвязи между ними.

    Идея, выдвинутая AMPS, звучит следующим образом. Предположим, Анна берет частицу поблизости от горизонта событий – назовем ее частицей A.

    Если ее версия произошедшего с вами соответствует действительности, то есть вас убило излучение Хокинга с внешней стороны черной дыры, значит, частица A должна быть взаимосвязана с другой частицей – B, которая также должна находиться с внешней стороны горизонта событий.

    Если действительности соответствует ваше видение событий, и вы живы-здоровы с внутренней стороны, тогда частица A должна быть взаимосвязана с частицей C, находящейся где-то внутри черной дыры.

    Прелесть этой теории заключается в том, что каждая из частиц может быть взаимосвязана только с одной другой частицей. Это значит, что частица A связана или с частицей B, или с частицей C, но не с обеими одновременно.

    Итак, Анна берет свою частицу A и пропускает ее через имеющуюся у нее машинку для расшифровки запутанности, которая дает ответ – связана ли эта частица с частицей B или с частицей C.

    Если ответ – C, ваша точка зрения восторжествовала в нарушение законов квантовой механики. Если частица A связана с частицей C, находящейся в недрах черной дыры, то информация, описывающая их взаимозависимость, оказывается навсегда утерянной для Анны, что противоречит квантовому закону, согласно которому информация никогда не теряется.

    Если же ответ – B, то, вопреки принципам общей теории относительности, права Анна. Если частица A связана с частицей B, вас действительно испепелило излучение Хокинга. Вместо того, чтобы пролететь сквозь горизонт событий, как того требует теория относительности, вы врезались в стену огня.

    Итак, мы вернулись к вопросу, с которого начинали – что произойдет с человеком, попавшим внутрь черной дыры? Пролетит ли он сквозь горизонт событий целым и невредимым благодаря реальности, которая удивительным образом зависит от наблюдателя, или врежется в огненную стену (black holes firewall, не путать с компьютерным термином firewall, “брандмауэр”, программным обеспечением, защищающим ваш компьютер в сети от несанкционированного вторжения – Ред.)?

    Никто не знает ответа на этот вопрос, один из самых спорных вопросов теоретической физики.

    Уже свыше 100 лет ученые пытаются примирить принципы общей теории относительности и квантовой физики в надежде на то, что в конце концов та или другая возобладает. Разрешение парадокса “огненной стены” должно ответить на вопрос, какие из принципов взяли верх, и помочь физикам создать всеобъемлющую теорию.

    Решение парадокса исчезновения информации может крыться в дешифровальной машинке Анны. Определить, с какой именно другой частицей взаимосвязана частица A, чрезвычайно трудно. Физики Дэниэл Харлоу из Принстонского университета в Нью-Джерси и Патрик Хайден, который сейчас работает в калифорнийском Стэнфордском университете в Калифорнии, задались вопросом, сколько на это потребуется времени.

    В 2013 г. они подсчитали, что даже при помощи наибыстрейшего компьютера, который возможно создать в соответствии с физическими законами, Анне потребовалось бы чрезвычайно много времени на то, чтобы расшифровать взаимосвязь между частицами – настолько много, что к тому моменту, как она получит ответ, черная дыра давным-давно испарится.

    Если это так, вероятно, Анне просто не суждено когда-либо узнать, чья точка зрения соответствует действительности. В этом случае обе истории останутся одновременно правдивыми, реальность – зависящей от наблюдателя, и ни один из законов физики не будет нарушен.

    Кроме того, связь между сверхсложными вычислениями (на которые наш наблюдатель, по всей видимости, не способен) и пространственно-временным континуумом может натолкнуть физиков на какие-то новые теоретические размышления.

    Таким образом, черные дыры – не просто опасные объекты на пути межзвездных экспедиций, но и теоретические лаборатории, в которых малейшие вариации в физических законах вырастают до таких размеров, что ими уже невозможно пренебречь.

    Если где-то и таится истинная природа реальности, искать ее лучше всего в черных дырах. Но пока у нас нет четкого понимания того, насколько безопасен для человека горизонт событий, наблюдать за поисками безопаснее все же снаружи. В крайнем случае можно в следующий раз отправить в черную дыру Анну – теперь ее очередь.

    Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Earth.

    Ссылка на основную публикацию